Optimisation de l’énergie dans le bâtiments intelligent

Texte intégral

(1)R´ epublique Alg´ erienne D´ emocratique et Populaire Minist` ere de L’enseignement Sup´ erieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE ECHAHID HAMMA LAKHDAR D’EL OUED FACULTE DE LA SCIENCES EXACTES D´ epartement D’informatique M´ emoire de fin d’´ etude Pr´ esent´ e pour le Diplˆ ome de. MASTER ACADEMIQUE Domaine: Mathématiques et Informatique Filière: Informatique Spécialité: Systèmes Distribués et Intelligence Artificiel (SDIA) Th` eme. Optimisation Optimisationde del’´ l’´ energie energie dansdans les bˆ ales timents bˆ atiments intelligentes intelligentes. Présenté par: Heded Aissam Moumni Tarek Soutenu devant le jury composé de Mr.brahim Lejdel MA (B) Rapporteur Univ. d’El Oued Mr.Othmani Samir MA(A) President Univ. d’El Oued Mr.Laouid Ab delkader MA(A) Examinatrice Univ. d’El Oued. Année universitaire 2017-2018..

(2) R em er ci em ent. s R R em em er er ci ci em em ent ent. s. s. Nou s. r em er ci on s. avoir. d onn é. la. p our. Nou s. plu s. leur. le. bon. for ce. sin cèr e s. ai d e. m ém oir e. p our. d é p a s s er. s ou

(3) h aiti on s. et. aux. qui. ain si. Dr Dr Dr. L a jd el L L a jd a jd el el. l écoute. qu' à. la. jury s. à. tr è s. p our. en s ei gn ant s. ,. qui. inform ati qu e.. E nfin,. r em er ci em ent s. ont. tou jour s. à. d e. ce. effort s. à. n ou s. ont. d e. cette. le s. a p p orté. l élabor ati on. d e. ce. formi d able. sin cèr em ent. tou jour s. tout. au. m ontr é. lon g. d e. à. la. m ém oir e.. et. leur. a dr e s s e. n o s. et. r éali s ati on. à. l au d a ce. r em er ci em ent s. s oin. univer sité. n ou s. s outenu e. qu e. n ou s. a p p orté. à. tr avail.. n otr e. tou s. M er ci. a. di s p onible. d e. ain si. d e. diffi cultés. .. qui. r em er ci er. leur s. pui s s ant,. univer sitair e.. n otr e. Aux. n o s. r éu s site. r éali s ati on. L e s. les. contribu é. Br a

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(6) him. et. toutes. p er s onn es. ont. ti ent. tout. suivr e,. a dr es. s er. ann ée. O n. Di eu,. pr oc h e s. n os. et. en cour a gée. d e. tou s. et. d é p artem ent. plu s. ami s,. au. ce. m ém oir e.. et. à. toutes. . toute. sin cèr e s. qui. cour s. n ou s. d e. la.

(7) D édi ca ce. s D D édi édi ca ca ce ce. s. s. R e s p ect. M oulati. le s. m e s. et. Ai c h a. effort s. :. et. A n oir,. ji d a. a. d e. à. la. ,. l étu d e. .. d e. H a d jer,. tout. toute s. s ala

(8) h. en. A. ,. m e s. ami s. d e s. n otr e. m' ont. ai d é. bonn e. S ur. ce. ,. n ani. p our. bi en. pr o jet. ,. tout. p ar ent s. :. tou s. S ai d a. le s. édu cati on.. m a. r e s p ect. fi an cée. am our. et. S ouvenir. tou s. m e s. Ibti s s am. :. d e s. le s. S ale h,. plu s. ami s. m a. A. :. tout. tante. A hm ed,. beaux. Au s si. d édi e. Ili a s. in stant s. bi en. et. p our. S amir,. p our. m a. je. m èr e. con s enti s. fr èr e s. affecti on.. n otamm ent. am our. M oumni. effort s. A. et. à. ce. s ont. n ou s. à. ,K h alifa. tou s. a. ceux. à. N a d

(9) hir,. tou s. m e s. in stant s. égalem ent. contenir. ceux. un e. Wi s s al. A. ,. A. m on. s outi en. R ou

(10) k ai a. et. leur. Ai s s am. tr avail. W afa a,. :. A. qui. .. m' a s sur er. qu' on. et. tou s. Br a

(11) him. leur. Et. beaux. ...................................................................................... A vec. ,D oa a. m or al. :. tou s. édu cati on.. n otamm ent. plu s. Au s si. p ar ent s. p our. ,H aifa. r em er ci em ent s. pr o jet. c h er s. p èr e. s outi en. SAHEL SCHOOL. d e. m on. Yo sr a. m oh am ed. et. m e s. un e. leur. S ouvenir. en s emble.. l école. fin. m' a s sur er. Ilya s,. A. tr avail. Abd el h ami d. p our. L ai d. p a s s é. atta c h é s. ju s qu' à. et. ce. et. p our. R ani a. ,. d édi e. m èr e. affecti on.. collègu e s. qu' on. m a. T ar e k. fi an cé. am our. je. con s enti s. fr èr e s. m on. am our. m e s. ,R afif. N a d

(12) hir. ..................................................................................... p our. bonn e. toute s. qui. c h er s. p èr e. m or al. p a s s é. H ed ed. et. ami s. Ji d a. en. en s emble.. m' ont. T ar e k. à. leur. m e s. ,. et. ai d é. Et. .. M oumni.

(13) R é. s um é R Ré é. s s. um um é é. : : :. L'objectif de notre projet consiste à réaliser un système intelligent basé sur l'Arduino qui permet d'optimiser la consommation d'énergie dans les maisons intelligentes, de façon qu'elle n'inuence pas le confort des occupants de maison. La réalisation de ce système a été faite à travers une étude détaillée et en utilisant nodemcu, le Cloud computing et l'algorithme génétique. Pour coder notre application nous avons utilisé un langage très célèbre ; Java. Ainsi, nous avons utilisé Le cloud pour stocker les données qui sont ramassées à partie de capteurs tels que l'humidité, la température et la lumière. Ensuite, les données sont envoyées vers l'algorithme génétique pour faire l'optimisation. Mots clés : Intelligence articielle, maison intélligentes, Optimisation énergétique, Cloud computing, Algorithme génétique.

(14) Ab s str a ct Ab. :. The objective of our project is to build intelligent system based on Arduino that will optimize energy consumption in smart homes so that it does not aect the comfort of home occupants. The system is realized through a detailed study and using nodemcu, cloud computing and genetic algorithm. To code our application, we used a very famous language; Java. In addition, we used the Cloud to store data, which are collected from sensors such as humidity, temperature, and light. Then, the data is sent to the genetic algorithm to perform the optimization. Key words: Articial Intelligence, Smart Home, Energy Optimization, Cloud Computing, Genetic Algorithm..

(15) : Pl Yl dmt`§ ¨Ð A\ ºAn w¡ An¤rK dh EAnm ¨ TAW dtF ys Yl m`§ wn§¤ C± .znm ¨lAJ T C Yl r¥§ ¯ y Ty@ TlOf TF C ® A\n @¡ yq d¤ nodemcu dtF ¤ Trb .Tyny TyEC w ¤ TyAs TbFw ¤ ¤ .AA T ¨¡¤ d CwhK T AndtF ,ybWt AAyb §zt Ty Awl`m TAs AndtF , @ TC , TwVr CA`KtF¯ zh Ah`m t§ ¨t TyEC w Y AAyb AFC t§ .ºwS ¤ C r .yst Tylm` Ayql Tyny , ¨@ znm , ÄnW}¯ ºA@ : TyAtfm Amlk Tyny TyEC w , TyAs TbFw , TAW ys.

(16) LISTE DES CONTENTS. 1 Concepts de base 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Histoire Internet des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.5 Relation entre IdO et IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Maison intelligente ” Smart Home ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Qu’est ce que ¸ca veut dire Maison intelligente ? . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Les avantages de Maison intelligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3 les bienfaits de Maison intelligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Optimisation d’energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Pourquoi optimiser et économiser d’energie ? . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 Comment optimiser de d’energie ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 Les Difficultés d’optimitation d’energie . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 L’optimitation Energie dans la maison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Les methodes d’ aujourd’hui pour optimiser d’energie dans la maison 1.5.2 La methode d’optimisation la plus efficace . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3 4 4 4 4 5 6 7 9 9 9 10 11 11 12 13 14 14 15 16. 2 L’´ etat de l’art 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 l’état de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Classification des systèmes . . . . . . 2.2.2 Objectifs des systèmes d’optimisation 2.3 Enquête littéraire . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Les maisons intelligentes existantes . 2.3.2 Synthèse sur les maisons intelligentes 2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. 17 18 18 18 22 24 24 31 33. 3 Conception 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d’energies dans la maison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . ..

(17) 3.2. 3.3 3.4. 3.5. Architecture . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Organigramme . . . . . . 3.2.2 Schéma fonctionnel . . . Les Modèles . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Les Capteurs . . . . . . . Quel est l’algorithme génétique ! . 3.4.1 Le Principe d’AG . . . . 3.4.2 Codage d’AG . . . . . . . 3.4.3 Population initiale . . . . 3.4.4 fitness . . . . . . . . . . . 3.4.5 Les opérateurs génétiques Conclusion . . . . . . . . . . . . .. 4 Implementation 4.1 Introduction . . . . . . . . 4.2 Les objectifs . . . . . . . 4.3 Les outils . . . . . . . . . 4.4 Logiciels et matériels . . . 4.5 Implementation . . . . . . 4.5.1 Câblage des pièces 4.5.2 code source . . . . 4.5.3 Interface . . . . . . 4.6 Résultats . . . . . . . . . . ´ 4.6.1 Evaluation . . . . . 4.7 Conclusion . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. 35 35 37 38 38 42 42 44 45 46 46 50. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. 51 52 52 52 52 55 55 58 65 67 67 68.

(18) LISTE DES FIGURES. 1.1 1.2. Les domaines d’Internet des Objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La domotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7 15. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7. Architecture d’un système de micro-processeur . Architecture d’un système de micro-contrôleur . Le prieuré, Maison Robert-Houdin [22] . . . . . maison électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . The TRON Intelligent House . . . . . . . . . . . Vue extérieure de ” The Toyota Dream House ” Evolution des maisons technologiques . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. 21 21 24 25 27 28 32. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15. Organigramme General . . . . . . . Schéma fonctionnel . . . . . . . . . Capteur Humidité/Température . . Capteur de Mouvement . . . . . . . Capteur d’eclairage . . . . . . . . . Capteur d’electricite . . . . . . . . Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . LCD 16x2 . . . . . . . . . . . . . . Principe d’un AG . . . . . . . . . . les 4 niveau de AG . . . . . . . . . Codage des variables d’optimisation Chromosome codeé reél . . . . . . . Le croisement . . . . . . . . . . . . La Mutation . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. 36 37 38 39 39 40 40 41 41 43 44 44 45 47 48. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9. CâblageDHT 11 . . . . . . . CâblageLDR . . . . . . . . . Câblage PIR . . . . . . . . . Câblage I2C et LCD . . . . Câblage système general . . Lire les données du capteurs Connexion a` Wifi . . . . . . Contacter au Cloud . . . . . Courbe de température . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 55 56 56 57 57 58 58 59 60. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 9.

(19) 4.10 Courbe de himidite . . . . . . . . . . . ´ 4.11 Courbe d’ Eclairage . . . . . . . . . . . 4.12 Telecharger les valeurs depuis le Cloud 4.13 Intialisation de population . . . . . . . 4.14 Mutation code . . . . . . . . . . . . . . 4.15 Fitness (00:00 && 05:00) . . . . . . . . 4.16 Fitness (06:00 && 11:00) . . . . . . . . 4.17 Fitness (12:00 && 17:00) . . . . . . . . 4.18 Fitness (18:00 && 23:00) . . . . . . . . 4.19 L’interface General . . . . . . . . . . . 4.20 courbe de Fitness . . . . . . . . . . . . 4.21 Matériels . . . . . . . . . . . . . . . . tyleempty. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. 60 60 61 62 62 63 63 64 64 65 66 67.

(20) LISTE DES TABLE. 2.1. Synthèse des maisons intelligentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. 3.1. Paramètres d’évaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49.

(21) INTRODUCTION GENERALE. Le monde informatique est un monde très vaste, son apparition correspond a` un changement total de culture, jour après jour l’informatique occupe une place intéressante dans la vie quotidienne de l’être humain, puisqu’il permet de mémoriser, de traiter et de diffuser d’une grande masse de donnée entre les différents objets dans un délai très court, qui permettra donc de prendre les bonnes décisions enun temps très réduit. Imaginez un monde o` u tous les objets sont capables d’échanger des informations et de communiquer entre eux. Des objets capables aussi de communiquer et d’interagir avec leurs utilisateurs en utilisant Internet mais aussi d’autres réseaux de communication bien moins connus mais tous efficaces. C’est le monde de l’Internet des Objets(IdO). Pour illustrer, prenons un exemple dans le domaine de l’habitat intelligent, aussi connu sous le nom de Smart Home. Imaginez que votre réfrigérateur devienne intelligent. Un réfrigérateur capable de vous dire en temps réel le type de denrées qu’il y a a` l’intérieur et capable de passer commande pour vous quand vous avez besoin de vous réapprovisionner. Donc, L’internet des Objets (IoT) s’annonce comme une évolution sans précédent. Les objets sont désormais capables de communiquer entre eux, d’échanger, de réagir et de s’adapter à leur environnement a` un niveau beaucoup plus large. L’Internet des Objets marque une nouvelle étapedans l’évolution du cyberespace. Cette révolution facilite la création des objets intelligents permettant d’avancée dans des multiples domaines, l’un des domainesles plus affectés par l’émergence de l’IoT est l’habitat et les cités. Après L’ IdO ou l’iOT ( Internet Of Things), on parle aussi beaucoup de l’IA, l’Intelligence Artificielle. Marvin Lee Minsky, l’un de ses créateurs, la définit comme étant : ” la construction de programmes informatiques qui s’adonnent à des tâches qui sont pour l’instant, accomplies de fa¸con plus satisfaisante par des êtres humains car elles demandent des processus mentaux de haut niveau ”. Nous essayons d’intégrer ces technologies et de les utiliser pour optimiser l’énergie dansla maison intelligente. La maitrise de l’optimisation etla consommation dans la maison consiste en une gestion des flux énergétiques présents, peu importe de leur nature. En utilisant les prévisions météorologiques, les informations en provenance de fournisseurs d’énergie et les données environnementales de la maison, il devient possible d’aider ce dernier a` maitriser sa consommation de ce dernier a travers un système de gestion de l’énergie dédie. La présente mémoire 1.

(22) a pour objectif de proposer une nouvelle approche d’optimisation qui consiste a` intégrer un système de gestion de l’énergie dans nos maisons. Le mémoire est organisé autour de 4 chapitres. Le premier chapitre est consacré a` présenter en détail les concepts de base de ce domaine comme IoT, Maison intelligente, L’intelligence artificielle . . . etc. Dans le deuxième chapitre, nous avons présenté les travaux antérieurs qui sont effectué dans ce domaine. Dans la Troisième chapitre, nous avons fait la conception de notre système a` travers la présentation de la nouvelle approche proposée et les différent capteurs utilisés. Dans le quatrième et dernier chapitre, nous avons décrit notre implémentation à travers des capteurs-écrans de différentes fonctionnalités de notre système.. 2.

(23) CHAPTER. 1 CONCEPTS DE BASE.

(24) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.1. Chapter01.Concepts de base. Introduction. Dans ce chapitre, nous allons définir les concepts de base que nous allons aborder dans ce mémoire, et de répondre à plusieurs questions qui peuvent posées par des utilisateurs dans le domaine des villes intelligentes comme les matériels et les logiciels nécessaires pour établir ce type de ville.. 1.2 1.2.1. Internet des objets Definition. L’Internet des objets (IdO) est ” un réseau qui relie et combine les objets avec l’Internet, en suivant les protocoles qui assurent leurs communication et échange d’informations à travers une variété de dispositifs ”[1]. L’IdO peut se définir aussi comme étant ” un réseau de réseaux qui permet, via des systèmes d’identification électroniques normalisés et unifiés, et des dispositifs mobiles sans fil, d’identifier directement et sans ambigu¨ıté des entités numériques et des objets physiques et ainsi, de pouvoir récupérer, stocker, transférer et traiter les données sans discontinuité entre les mondes physiques et virtuels ”[2]. Il existe plusieurs définitions sur le concept de l’IdO, mais la définition la plus pertinente a` notre travail de recherche est celle proposée par Weill et Souissi qui ont défini l’IdO comme ” une extension de l’Internet actuel envers tout objet pouvant communiquer de manière directe ou indirecte avec des équipements électroniques eux-mêmes connectés a` l’Internet. Cette nouvelle dimension de l’Internet s’accompagne avec de forts en jeux technologiques, économiques et sociaux, notamment avec les économies majeures qui pourraient être réalisées par l’ajout de technologies qui favorisent la standardisation de ce nouveau domaine, surtout en matière de communication, tout en assurant la protection des droits et des libertés individuelles ”[3].. 1.2.2. Histoire Internet des objets. L’Internet des objets (IdO) n’existe pas depuis très longtemps. Cependant, il y a eu des visions de machines communiquant entre elles depuis le début des années 1800. Les machines ont fourni des communications directes depuis que le télégraphe (la première ligne fixe) a été développé dans les années 1830 et 1840. Décrite comme ” télégraphie sans fil ”, la première transmission vocale radio a eu lieu le 3 juin 1900, fournissant un autre élément nécessaire au développement de l’Internet des objets. Le développement des ordinateurs a commencé dans les années 1950. L’Internet, lui-même une composante importante de l’IdO, a débuté en 1962 dans le cadre de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) et a évolué en ARPANET en 1969. Dans les années 1980, les fournisseurs de services commerciaux ont commencé a` soutenir l’utilisation publique d’ARPANET. évoluer vers notre Internet moderne.. 4.

(25) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter01.Concepts de base. Les satellites de positionnement mondial (GPS) sont devenus une réalité au début de 1993, le ministère de la Défense fournissant un système stable et hautement fonctionnel de 24 satellites. Cela a été rapidement suivi par la mise en orbite de satellites commerciaux privés. Les satellites et les lignes fixes fournissent des communications de base pour une grande partie de l’IdO. Un élément supplémentaire et important dans le développement d’un IdO fonctionnel était la décision remarquablement intelligente d’IPV6 d’augmenter l’espace d’adressage. Steve Leibson, du Computer History Museum, déclare: ” L’expansion de l’espace d’adressage signifie que nous pourrions assigner une adresse IPV6 a` chaque atome sur la surface de la Terre, et avoir encore assez d’adresses pour faire une autre centaine de terres. De cette fa¸con, nous n’allons pas manquer d’adresses Internet de sitôt ”. L’Internet des objets, en tant que concept, n’a été officiellement nommé qu’en 1999. L’un des premiers exemples d’Internet des objets date du début des années 1980 et était une machine a` Coca-Cola, située a` l’Université Carnegie Melon. Les programmeurs locaux se connecteraient par Internet à l’appareil réfrigéré et vérifieraient s’il y avait une boisson disponible, et s’il faisait froid, avant de faire le voyage. En 2013, l’Internet des Objets est devenu un système utilisant de multiples technologies, allant de l’Internet a` la communication sans fil et des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) aux systèmes embarqués. Les domaines traditionnels de l’automatisation (y compris l’automatisation des bâtiments et des maisons), les réseaux de capteurs sans fil, le GPS, les systèmes de contrôle et autres, soutiennent tous l’IdO [4].. 1.2.3. Fonctionnement. L’Internet des objets (IdO) permet l’interconnexion des différents objets intelligents via l’Internet. Ainsi, pour son fonctionnement, plusieurs systèmes technologiques sont nécessaires. Citons quelques exemples de ces technologies. ”L’IdO désigne diverses solutions techniques (RFID, TCP/IP, technologies mobiles, etc.) qui permettent d’identifier des objets, de capter, stocker, traiter, et transférer des données dans les environnements physiques, mais aussi entre des contextes physiques et des univers virtuels ” [2]. En effet, bien qu’il existe plusieurs technologies utilisées dans le fonctionnement de l’IdO, nous mettons l’accent seulement sur quelques-unes qui sont, selon Han et Zhanghang, les technologies clés de l’IdO. Ces technologies sont les suivantes : RFID, WSN et M2M, et sont définies ci-dessous. . RFID (Radio Frequency Identification) : le terme RFID englobe toutes les technologies qui utilisent les ondes radio pour identifier automatiquement des objets ou des personnes. C’est une technologie qui permet de mémoriser et de récupérer des informations a` distance grâce a` une étiquette qui émet des ondes radio [5]. Il s’agit d’une méthode utilisée pour transférer les données des étiquettes a` des objets, ou pour identifier les objets a` distance. L’étiquette contient des informations stockées électroniquement pouvant être lues à distance [1].. 5.

(26) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter01.Concepts de base. WSN (Wireless Sensor Network) : c’est un ensemble de nœuds qui communiquent sans fil et qui sont organisés en un réseau coopératif. Chaque nœud possède une capacité de traitement et peut contenir différents types de mémoires, un émetteurrécepteur RF et une source d’alimentation, comme il peut aussi tenir compte des divers capteurs et des actionneurs [6]. Comme son nom l’indique, le WSN constitue alors un réseau de capteurs sans fil qui peut être une technologie nécessaire au fonctionnement de l’IdO. M2M (Machine to Machine) : c’est ” l’association des technologies de l’inform-ation et de la communication avec des objets intelligents dans le but de donner à ces derniers les moyens d’interagir sans intervention humaine avec le système d’information d’une organisation ou d’une entreprise ”[7].. 1.2.4. Domaines d’applications. Nous constatons que le concept de l’Internet des objets (IdO) est en pleine explosion vu que nous avons de plus en plus besoin dans la vie quotidienne d’objets intelligents capables de rendre l’atteinte de nos objectifs plus facile. Ainsi, les domaines d’applicationsde l’IoT peuvent être variés. Plusieurs domaines d’application sont touchés par l’IdO. Dans leur article, Gubbiet al [8]. Ont classé les applications en quatre domaines : 1. le domaine personnel. 2. le domaine du transport. 3. l’environnement. 4. l’infrastructure et les services publics . . . etc. Comme le schéma ci-dessous le montre, on trouve alors l’IoT dans notre vie personnellequotidienne et également dans les services publics offerts par le gouvernement.. 6.

(27) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter01.Concepts de base. Figure 1.1: Les domaines d’Internet des Objets. Nous pouvons affirmer que l’Internet peut être connecté a` n’importe quel objet. Ainsi, les domaines d’applications de l’IdO sont multiples. On cite, à titre d’exemples,l’industrie, la santé, l’éducation et la recherche. Cependant, il sera possible dans le futur detrouver le concept de l’IdO n’importe o` u, n’importe quand et à la disposition de tout lemonde.Pessemier a argumenté que ” L’IdO consiste en un monde de données (énormes), qui,si elles sont exploitées correctement, contribueront a` répondre aux problèmesd’aujourd’hui, notamment dans les domaines suivants : aérospatial, aviation, automobile,télécommunications, construction, médical, autonomie des personnes handicapées,pharmaceutiques, logistiques, gestion des chaˆınes d’approvisionnements, fabrication etgestion du cycle de vie des produits, sécurité, sˆ ureté, surveillance de l’environnement,tra¸cabilité alimentaire, agriculture et élevage ”[9].. 1.2.5. Relation entre IdO et IA. Parmi les avancées technologiques qui fascinent, l’Intelligence Artificielle (IA) et l’Internet des Objets (IdO) tiennent le devant de la scène. Cet engouement témoigne d’une transformation inédite dans notre histoire, faisant s’allier durablement l’homme et la machine. L’alliance de ces deux technologies offre de nombreuses promesses de progrès économiques et sociaux, touchant des secteurs clés comme la santé, l’éducation, l’énergie. L’Intelligence Artificielle renforce la productivité et redistribue les cartes en matière de compétences requises. L’analyse des très nombreux capteurs présent sur les objets connectés décuplent l’efficacité, la fiabilité et la réactivité des entreprises.. 7.

(28) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter01.Concepts de base. Elles transforment ainsi le lien qu’elles entretiennent avec leurs consommateurs et par ` ce titre, le concept de jumeau numérique offre de nouvelles effet de ricochet leur culture. A opportunités pour mieux contrôler le cycle de vie des produits, révolutionner la notion de maintenance prédictive ou la conception de solutions innovantes. Autant d’innovations au service de l’humain, s’il est placé au cœur de cette interaction. ` la question De nombreux défis accompagnent le développement de ces deux technologies. A de la cyber sécurité et de la gestion d’un volume sans cesse plus imposant de données, s’ajoute la complexité de l’évolution des solutions imaginées [10].. 8.

(29) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.3 1.3.1. Chapter01.Concepts de base. Maison intelligente ” Smart Home ” Qu’est ce que ¸ ca veut dire Maison intelligente ?. est un terme collectif pour les technologies de l’information et de la communication dans les maisons, o` u les composants communiquent via un réseau local. La technologie peut être utilisée pour surveiller, alarmer et exécuter desactions, selon les critères programmés. Le réseau local communique avec le monde extérieur par téléphone ou par Internet, en envoyant des messages ou des alarmes à un ou plusieurs destinataires. Ceux-ci peuvent être le résident de la maison, sa famille, une entreprise de sécurité privée ou l’équipe communautaire. Cette communication permet de programmer la maison intelligente de l’intérieur ou de l’extérieur de la maison [11].. 1.3.2. Les avantages de Maison intelligente. Les maisons intelligentes ou Smart Home ont la capacité de rendre la vie à la maison plus pratique. Si un utilisateur est au travail ou en vacances, un système de maison intelligente enverra des alertes sur ce qui se passe et les systèmes de sécurité peuvent être construits de telle manière à fournir une aide adéquate en cas d’urgence. Par exemple, un résident pourrait être alerté en cas de cambriolage par l’alarme et le système de maison intelligente pourrait également être programmé de fa¸con à pouvoir appeler le service de police et exécuter d’autres mesures de sécurité pour protéger le résident. ” L’efficacit´ e ´ energ´ etique ” est l’un des principaux avantages du système de maison intelligente par rapport aux systèmes traditionnels. Ceci est fait en mettant les appareils en veille ou en les activant lorsque les commandes appropriées sont données. Les factures d’électricité peuvent être ramenées à un niveau beaucoup plus bas, comme l’extinction des lumières lorsqu’une personne peut quitter une pièce ou ajuster la température d’une pièce en fonction de l’identité ou de la préférence établie par la personne. De plus, il devient possible de garder une trace de la quantité d’énergie consommée par les différents appareils de la maison. Une technologie de maison intelligente est très bénéfique pour les personnes ˆ ag´ ees ou handicap´ ees vivant seules. Les systèmes pourraient être programmés pour informer le résident de prendre ses médicaments à temps, d’alerter l’hôpital en cas d’accident dans la maison afin de garantir la santé et la sécurité du résident. La maison intelligente effectuerait également des tâches telles que couper l’eau en cas de débordement dans une baignoire est détectée ou éteindre la cuisinière à gaz s’il n’y a personne dans la cuisine pendant une longue période. Des systèmes automatisés faciles à contrôler offriraient des avantages similaires aux personnes handicapées ou une gamme limitée de mouvements en conséquence [12].. 9.

(30) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.3.3. Chapter01.Concepts de base. les bienfaits de Maison intelligente. Commodit´ e accrue :. * Facilité d’installation et de mise en place. * Contrôle de votre habitation en votre absence. * Automatisation de la mise en route de l’éclairage et des appareils par des capteurs, interrupteurs et minuteries. * Logiciel de contrôle centralisé intuitif. ´ Economies d’´ energie potentielles : * Une utilisation plus efficace de votre système de chauffage et de vos appareils électriques. * otentiel d’économie d’énergie jusqu’à 40%. Une plus grande tranquillit´ e d’esprit :. * Le système peut également fournir les éléments d’une sécurité accrue pour votre habitation par le biais d’alertes par mail ou sms lorsque les portes et les fenêtres sont restées ouvertes ou qu’un mouvement a été détecté en dehors des horaires fixés. * Protection contre l’incendie avec des détecteurs de fumée intégrés, des alarmes placées dans différents endroits de l’habitation et l’éclairage en cas d’évacuation [13].. 10.

(31) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.4. Chapter01.Concepts de base. Optimisation d’energie. L’homme moderne dépend des sources d’énergie a` la maison et au travail et dans toutes les sphères de sa vie et toutes les formes d’énergie sont sujettes à des fluctuations économiques, politiques et techniques, et la hausse des prix du carburant et la hausse des prix de l’électricité font que La tendance mondiale à la réduction des émissions de gaz à effet de serre a renforcé les appels à la mise en place de comités et d’organismes de sensibilisation et de rationalisation de la consommation d’énergie en trouvant des équipements moins chers et plus performants. Plusieurs organismes internationaux, régionaux et locaux ont élaboré des conseils et des instructions a` l’intention des consommateurs d’énergie visant a` rationaliser la consommation et à accroˆıtre l’efficacité énergétique: Les économies d’énergie ont pour objectif de réduire notre consommation d’énergie. C’est devenu un point crucial et incontournable sachant que nos ressources matérielles comme les combustibles fossiles s’épuisent [18]. Il existe diff´ erents types d’´ energie comme : les ´ energies traditionnelles : gaz naturel, le GPL (Gaz de Pétrole Liquifié), le fuel, le charbon. les ´ energies renouvelables qui sont :. * le solaire : l’énergie solaire se transforme en électricité et permet de produire son électricité. * l’éolien : c’est la force du vent qui a pour objectif de faire fonctionner les aérogénérateurs pour produire de l’électricité. * la géothermie qui correspond a` la chaleur terrestre, elle va donc produire de la chaleur. * la biomasse qui est liée aux déchets organiques, bois et résidus forestiers. * le bois est utilisé pour se chauffer, cuisiner ou produire de l’électricité. * l’hydraulique : la force motrice de l’eau est transformée en électricité [19].. 1.4.1. Pourquoi optimiser et ´ economiser d’energie ?. Actuellement, nous sommes face a` un réchauffement climatique qui est principalement dˆ u aux émissions de gaz a` effet de serre. De nos jours, la population consomme énormément d’énergie et le coˆ ut de cette dernière augmente considérablement et continuellement.. 11.

(32) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter01.Concepts de base. Il est donc primordial d’agir pour prot´ eger notre environnement afin d’´ eviter de nombreux bouleversements climatiques, ` a savoir agir sur : L’´ energie domestique. Les ´ energies de la maison :. a. Réduction des coˆ uts pour les factures d’électricité. ´ b. Economiser de l’argent. c. Plus a` l’aise. d. Conservation de l’environnement ... les carburants automobiles en utilisant :. a. d’autres dispositifs de transport écologiques (vélo, marche, transport en commun). b. le covoiturage. c. l’éco-conduite. d. des véhicules électriques voire des voitures hybrides [21].. 1.4.2. Comment optimiser de d’energie ?. Il y a différentes fa¸cons d’économiser de l’énergie, à savoir : changer son comportement en limitant sa consommation d’´ energie. profiter des ´ energies renouvelables qui permettent de faire des ´ economies d’´ energie en prenant en compte l’´ ecologie et l’environnement. am´ eliorer le rendement ´ energ´ etique pour aussi ´ economiser de l’argent. privil´ egier les ´ economies dans son habitat en :. a. optant pour une maison a` économie d’énergie. b. effectuant des travaux d’économie d’énergie. c. équipant sa maison différemment, comme l’économie énergie électrique. d. économisant l’eau (récupérer l’eau de pluie ou encore en optant pour des réducteurs d’eau). en consommant diff´ eremment, c’est-à-dire en choisissant :. a. l’achat écologique (circuit court, savoir décrypter les logos sur les emballages). b. le recyclage. c. de faire du compost. d. Etc [21] . . .. 12.

(33) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.4.3. Chapter01.Concepts de base. Les Difficult´ es d’optimitation d’energie. Le problème de l’énergie et de son manque est la pensée de beaucoup de ces jours, puisque différentes sources d’énergie sont les moteurs principaux de la vie de nos jours et après le développement extraordinaire du monde au siècle dernier, le problème de l’énergie, son approvisionnement et son épuisement est devenu un défi face au monde, comme l’assèchement des sources Une énergie différente ou même une interruption pendant de courtes périodes ramèneront le monde entier au moyen-âge à nouveau, et c’est pourquoi le gouvernement est en tête du monde a` l’heure actuelle de compter sur les sources d’énergie renouvelable comme une source majeure d’énergie pour l’avenir, mais cela ne nie pas l’importance Les grandes personnes qui tombent sur les épaules pour économiser l’énergie, en fournissant de l’énergie, nous pouvons soulager la charge sur les centrales électriques locales qui peuvent réduire les coupures de courant que nous pouvons voir et les prix des sources d’énergie de toutes sortes, ainsi que la nécessité de ne pas importer de l’énergie d’autres pays Cela fournit une facture ´ d’énergie a` l’Etat tout entier et pas seulement aux individus, tout en atténuant les dommages a` l’environnement en raison des émissions provenant de différents achats d’énergie. Ainsi, nous pouvons dire que ” le besoin humain d’énergies ” sous leurs différentes formes est le plus grand problème de notre économie d’énergie, comme l’homme dit qu’aucune vie sans énergie [20].. 13.

(34) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.5. Chapter01.Concepts de base. L’optimitation Energie dans la maison. La maison d’aujourd’hui est aussi moderne, faisant la part belle a la technologie. Les énergies renouvelables deviennent aussi une part intégrante du fonctionnement d’un bâtiment. Energie thermique solaire avec un chauffage d’eau solaire, panneaux photovoltiques ou eolien urbain pour la production d’électricité deviennent de plus en plus courant [14]. révèle un système de contrôle automatique, ou la demande est totalement intégrée dans le système de production du bâtiment qui contient un ensemble de sources renouvelables et des moyens de stockage. Dans le même ordre d’idées [15], compare quatre m´méthodes de pilotage pour un système avec une installation autonome photovolta¨ıque et diesel avec des batteries.. 1.5.1. Les methodes d’ aujourd’hui pour optimiser d’energie dans la maison. Aujourd’hui, dans notre monde, il existe de nombreuses fa¸cons dont nous pouvons fournir une plus grande énergie dans la maison, y compris par exemple: Isolation des murs : L’isolation des murs (par l’intérieur ou par l’extérieur) permet de réduire entre 20% et 25% des pertes de chaleur dans un logement. En isolant vos murs, vous réduisez donc considérablement vos factures de chauffage, jusqu’à 25%. Isolation du sol : ”L’énergie la moins chère est celle qu’on ne consomme pas ”. Isoler la maison est la première solution a` examiner lors d’une rénovation, et celle qui génère le plus d’économies dans le temps.. Vous pouvez isoler vos combles, vos murs, votre sol et vos fenêtres car ce sont là les sources de déperditions thermiques les plus importantes . Fenˆ etres : (Double vitrage) Isoler son logement pour limiter les pertes thermiques, c’est la première chose a` faire lors d’une rénovation. C’est l’isolation qui génère le plus d’économies dans le temps. Les fenêtres sont un des lieux importants de déperdition de chaleur, les remplacer par des fenêtres à double vitrage est donc un bon moyen d’économiser l’énergie. La climatisation : Les systèmes de climatisation réversibles (pompe à chaleur airair, air-eau...), plus efficaces, remplacent peu a` peu les clim classiques énergivores. En utilisant des énergies renouvelables, les nouvelles clim s’inscrivent comme des solutions performantes et économes. Quelle Energie a donc établi le comparatif de ces différentes climatisations pour vous permettre de choisir la solution qui vous convient le mieux. Syst` eme Solaire Combin´ e : Vous connaissez le chauffe-eau solaire, mais avez-vous déjà entendu parler du système solaire combiné? En plus de produire votre eau chaude sanitaire, ce système vous permettra également de chauffer votre habitation et tout cela grâce a` une énergie verte, gratuite et inépuisable le soleil.. 14.

(35) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. . Chapter01.Concepts de base. R´ ecup´ erateur d’eau de pluie : Il est nécessaire de ne pas gaspiller l’eau qui devient de plus en plus rare. Il existe des astuces pour économiser l’eau au quotidien et le récupérateur d’eau de pluie est une excellente solution. Installé dans votre jardin ou une cave, il vous permet de récupérer l’eau de pluie, utile pour votre jardin, laver votre voiture ou nettoyer votre maison. En plus d’être un système écologique, le récupérateur d’eau de pluie vous fait réaliser des économies sur votre facture d’eau.. Economiseur d’eau ou mousseur : En installant chez vous des dispositifs vous permettant de réduire votre consommation d’eau tels que des mousseurs, des mitigeurs, des stop douche etc, vous réduisez votre facture d’eau. Si vous associez a` cela des petits gestes du quotidien pour mieux consommer, vous augmentez encore plus vos économies [16].. 1.5.2. La methode d’optimisation la plus efficace. Il existe de nombreuses fa¸cons de maintenir et d’améliorer l’énergie dans la maison, et ces méthodes varient en fonction de la fa¸con de bénéficier de l’introduction de la technologie dans le monde de la construction la plus appropriée et la plus efficace pour optimiser l’énergie, comme ” La domotique ! ”[17].. Figure 1.2: La domotique. 15.

(36) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 1.6. Chapter01.Concepts de base. Conclusion. Dans ce chapitre, nous avons présenté un aper¸cu général sur l’optimisation d’énergie dans lesmaisons intelligentes, nous avons présenté quelques concepts de base. Nous avons aussi montré l’importance et le rôle de l’énergie pour une vie meilleure vie de l’être humain. Dans le chapitre suivant, nous allons présenter quelques travaux qui sont précédemment fait pour optimiser l’énergie dans les maisons intelligentes.. 16.

(37) CHAPTER. 2 ´ L’ETAT DE L’ART.

(38) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 2.1. Chapter02.L’état de l’art. Introduction. L’optimisation de l’énergie dans maisons sont maintenant nécessaire pour de nombreuses familles, car, d’abord, la consommation excessive de l’énergie va augmenter le montant de la facture de l’électricité. Dans une autre coté, les occupants de la maison doivent avoir un niveau de confort plus élevé. Pour résoudre ce paradoxe, on doit proposer une approche permettant de réduite la consommation de l’énergie au même temps augmenté le niveau de confort des occupants de la maison. Dans ce chapitre, nous allons décrire quelques travaux antérieurs, en essayant d’émerger les points faibles et le point fort des systèmes proposés par ces travaux. Dans ce chapitre, nous allons parler de quelques travaux connexes, en essayant de démontrer les points que d’autres ont échoué à couvrir et le point fort dans ces systèmes. Montrant les différences entre ces systèmes, et ce que notre le système va inclure.. 2.2. l’´ etat de l’art. Les travauxde recherche dans ce domaine peuvent être divisées en deux axes complémentaires : Rechercher d’un modèle pour améliorer le confort de la population. Exploiter les services de construction intelligents pour optimiser la consommation d’énergie.. 2.2.1. Classification des syst` emes. De nombreux systèmes ont été construits a` partir de plates-formes vers des systèmes technologiquement avancés. Toute tentative d’atteindre un grand objectif est lemeilleur système de maison intelligente pour optimiser l’énergie. Ces systèmes peuvent être classés en quelques points standard: a. Technologie utilis´ ee. b. Processeurs int´ egr´ es. c. Capteurs incorpor´ es. d. Syst` eme adopt´ e. Sur la base de ces points, nous pouvons décider si le système est bon ou non.. 18.

(39) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Technologie utilis´ ee : Les technologies utilisées dans les systèmes des Maisons intelligentes sont telles que l’IoT et le Cloud Computing ainsi que l’Internet et d’autres comme le GSM (Global System for Mobile) et le GPRS(General Packet Radio Service), ces technologies ont des spécialités différentes, d’autres servent au côté de la communication. D’autres techniques ont été utilisées pour mesurer la proportion de lumière et de capteur thermique, qui est un moyen de détecter les besoins de la maison et la ventilation et la climatisation et d’autres choses. Chacune de ces techniques sert une suggestion. Processeurs int´ egr´ es : Un nombre varié de processeurs embarqués utilisés dans les systèmes des Maisons intelligentes. Un processeur intégré est; un microprocesseur utilisé dans un système embarqué et con¸cu pour gérer ses besoins. Ces besoins sont représentés avec moins de puissance requise et utilisent une forme de montage en surface, et ces processeurs sont généralement très petits et consomment moins d’énergie. Les processeurs embarqués sont même divergents sur la base de leur vitesse d’horloge, de leurs tensions et de leur taille de stockage. Habituellement, les processeurs embarqués ont une capacité de stockage . Processeurs intégrés divisés en types principaux: Micro-processeur. Micro-contrˆ oleur.. Un microcontrôleur est un composant réunissant sur un seul et même silicium un microprocesseur, divers dispositifs d’entrées/sorties et de contrôle d’interruptions ainsi que de la mémoire, notamment pour stocker le programme d’application. Il intègre également un certain nombre de périphériques spécifiques des domaines ciblés (bus série, interface parallèle, convertisseur analogique numérique, ...). Les microcontrôleurs améliorent donc l’intégration et le coˆ ut (lié a` la conception et a` la réalisation) d’un système a` base de microprocesseur en rassemblant les éléments essentiels d’un tel système dans un seul circuit intégré. On parle alors de ”système sur une puce” (en anglais : ”System On chip”). Il existe plusieurs familles de microcontrôleurs, se différenciant par la vitesse de leur processeur et par le nombre de périphériques qui les composent. Toutes ces familles ont un point commun c’est de réunir tous les éléments essentiels d’une structure a` base de microprocesseur sur une même puce. Voici généralement ce que l’on trouve a` l’intérieur d’un microcontrôleur: [33]. 19.

(40) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. * Un processeur (C.P.U). * Des bus. * De la mémoire de donnée (RAM et EEPROM). * De la mémoire programme (ROM, OTPROM, UVPROM ou EEPROM). * Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées / sorties. * Des interfaces séries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avec d’autres unités. * Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle. Mais le microprocesseur dépend d’autres puces pour de nombreuses fonctions, il contient aussi; registre général, pointeur de pile, compteur de programme, circuit de temporisation et de commande en plus du circuit d’interruption. Le microprocesseur est adapté au traitement des informations dans les systèmes informatiques, au lieu de cela, le microcontrôleur est adapté au contrôle des périphériques d’E / S. De plus, il a de nombreuses instructions de manipulation de bits, a` l’opposé pour le microprocesseur il a des instructions de manipulation a` un ou deux bits, et il a moins de broches défectueuses qui est sur le compteur pour le micro-contrôleur. Dans la première main nous avons; une conception flexible, un temps d’accès pour la mémoire et les E / S, également coˆ uteux. Dans l’autre main, le micro-contrôleur a; conception moins flexible, nécessite moins de matériel, moins de temps d’accès pour la mémoire intégrée et les périphériques d’E / S, également bon marché. Les micro-contrôleurs sont généralement considérés comme plus utiles car ils nécessitent moins de circuits de support que les microprocesseurs. Les processeurs intégrés peuvent être programmés pour effectuer un travail spécifique. Par conséquent, l’architecture du CPU doit être modifiée. Les types d’architectures les plus courants sont RISC (Reduced Instruction Set Computer) et CISC (Complex Instruction Set Computer) non RISC. De nombreuses applications utilisent aujourd’hui des processeurs embarqués sans que nous le remarquions. Ils sont utilisés dans des appareils portables tels que les appareils photo numériques, les montres numériques, les unités GPS. Peut également être fondée dans de grands systèmes comme les centrales électriques de contrôle, les feux de circulation. D’autres domaines o` u les processeurs embarqués sont appliqués tout comme les systèmes de télécommunications l’utilisent dans les commutateurs téléphoniques et les téléphones mobiles, et l’électronique grand public dans les imprimantes et les consoles de jeux vidéo, les lecteurs DVD.. 20.

(41) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Cette diversité a permis de combiner plus d’un processeur dans un même système. Certains processeurs embarqués; Arduino, Raspberry, node mcu ... ect [33].. Figure 2.1: Architecture d’un système de micro-processeur. Figure 2.2: Architecture d’un système de micro-contrôleur. 21.

(42) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Capteurs incorpor´ es : Les capteurs peuvent être définis comme des dispositifs qui détectent les changements dans le monde physique. Ces changements ou entrées peuvent être la lumière, le mouvement, la pression, la chaleur ou l’humidité. La sortie générée est généralement signifiée et convertie pour que l’humain puisse la lire. Il y a tellement de types de capteurs. Ces types peuvent être classés en tant que capteurs analogiques et capteurs numériques. Mais, il existe quelques types de capteurs tels que les capteurs de température, les capteurs infrarouges, les capteurs a` ultrasons, les capteurs de pression, les capteurs proximaux et les capteurs tactiles qui sont fréquemment utilisés dans la plupart des applications électroniques [34]. Capteurs analogiques : produisent un signal de sortie analogique continu; exemples pratiques: accéléromètres, capteurs de pression, capteurs de lumière, capteurs de son, capteurs de température. Capteurs num´ eriques : Les capteurs électroniques ou les capteurs électrochimiques dans lesquels la conversion de données et la transmission de données s’effectuent numériquement sont appelés capteurs numériques. Ces capteurs numériques remplacent les capteurs analogiques car ils sont capables de surmonter les inconvénients des capteurs analogiques [34].. Syst` eme adopt´ e: Le system est organisé en deux parties. La première sera consacrée à l’habitat et la technologie. La problématique est d’anticiper un habitat du futur, tel qu’imaginé par les différents acteurs du domaine. Cette partie se base sur les concepts de domotique et d’intelligence ambiante, afin de définir un outil et des méthodes de convergence numérique totale. La seconde partie concerne le bien-être des occupants. La notion de confort est en effet très labile selon le contexte. Face aux impératifs économiques et écologiques, l’habitat est soumis a` de nouvelles contraintes. Cette partie vise a` exploiter les nouvelles solutions apportées par l’intelligence ambiante afin de répondre à ces nouvelles contraintes [35].. 2.2.2. Objectifs des syst` emes d’optimisation d’energies dans la maison. Les principaux objectifs des nouveaux systèmes dans les maisons intelligentes sont : . Surveillance a distance : elle est connue dans de nombreux domaines comme la santé et la sécurité. La surveillance à distance est une spécification standard qui facilite la surveillance, grâce à l’utilisation d’appareils distants connus sous le nom de moniteurs tels que (téléphones intelligents, tablettes, ordinateurs, etc). Ces appareils indiquent l’état des capteurs.. T´ el´ ecommande : Dépend dans beaucoup de différentes technologies (wifi, RFID, BLE, etc.). Nous permettant de contrôler des machines ou de grandes installations complexes à partir d’un appareil distant.. 22.

(43) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Transfert d’information : La sortie que les capteurs génèrent doit être stockée et transférée au contrôleur et au moniteur s’il est fondé. De nos jours, les systèmes recherchent les meilleurs moyens de transfert et de stockage de l’information. Communication : Le cˆ oté communication est le plus important pour rendre tous les précédents activés. Le contrôleur de capteurs est un côté de la communication. dépend de filaire et non câblé, qui est une zone de faible distance et peut utiliser des technologies telles que Zigbee, Z-Wave, RFID. L’autre côté est des capteurs pour surveiller et surveiller également le contrôleur, qui est une zone de longue distance, les technologies qui peuvent être utilisées sont telles que GSM et LoRA ou GPS et GPRS.. 23.

(44) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. 2.3. Chapter02.L’état de l’art. Enquˆ ete litt´ eraire. Dans cette section, nous allons mentionner et classer les systèmes existants, en essayant de présenter chaque méthodologie, avantage, désavantage, approche et document. La classification est faite par l’année de l’article.. 2.3.1. Les maisons intelligentes existantes. Il existe un grand nombre de maisons intelligentes a` travers le monde. Nous verrons comment ce domaine est passé de l’imaginaire au réel, par desprojets industriels, des projets universitaires et des projets personnels. Nous verrons également que la tendance actuelle est en faveur du concept de ” Living Labs ” [35]. a. Le prieur´ e (Robert-Houdin 1867): Sa maison comportait un système ingénieux pour gérer l’arrivée de nouveaux visiteurs. Ainsi, sur la porte d’entrée principale, figurait un panneau indiquant ” Frappez ! ”, faisant référence au marteau situé au-dessus. Lorsque l’utilisateur s’y prêtait, un système complet se déclenchait, avertissant l’habitant par une sonnerie, ouvrant la porte et retournant l’écriteau qui affichait alors ” Entrez ”. Ce système d’avertissement était également étendu a` la boˆıte aux lettres, et ainsi, avec la complicité de son facteur, il pouvait savoir depuis sa résidence en temps réel combien de courriers lui étaient acheminés. En effet, a` chaque introduction d’une lettre dans la boˆıte, un signal sonore était diffusé a` l’intérieur de la maison. Le facteur prenait soin de verser les lettres une par une, déclenchant ainsi un nombre de bips équivalent au nombre de correspondances re¸cues [36].. Figure 2.3: Le prieuré, Maison Robert-Houdin [22]. 24.

(45) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Les technologies dans cette maison sont remarquables pour l’époque, et correspondent à des fonctions aujourd’hui courantes dans le domaine des réseaux de capteurs (par exemple, l’actionnement d’un élément avec retour d’état distant). Cette réalisation montre également la relation qui peut exister entre un habitat et son habitant : les fonctions décrites dans l’ouvrage sont pour la plupart des fonctions ” d’agrément ” spécifiques a` l’habitant, difficilement généralisables [23]. b. La maison ´ electrique (Knap 1913): Le concept de ” maison électrique ” s’appuyait alors sur l’essor de l’électricité. Knap avait, dans des espaces témoins (14 Boulevard des Italiens et 2 rue le Peletier a` Paris), assemblé diverses technologies pour être vendues au grand public. L’article de Magnien s’appuie d’ailleurs sur le catalogue de ces produits. Dans le contexte de l’époque, et au vu du prix de l’équipement alors proposé, les technologies exposées étaient destinées à des personnes fortunées, disposant entre autres de domestiques. Ainsi, nombre d’équipements proposés s’appuyaient sur la communication entre les habitants et les domestiques. Par exemple, dans une chambre a` coucher, un système sonore ambiant, utilisant un microphone dissimulé dans un lustre, permettait a` l’occupant d’engager une conversation a` distance. Le retour se faisait par un hautparleur dissimulé dans le même lustre. Ce système sonore est également décrit en tant que ” micro-espion ”, permettant alors de surveiller les dires des domestiques a` leur insu. Ce système a été repris pour le concept de table électrique illustrée en f ig2.4 qui permettait aux domestiques d’agencer le repas, grâce a` un périscope dissimulé dans la table [32].. Figure 2.4: maison électrique. Le concept développé par Knap témoigne d’une étape primordiale dans le domaine de la domotique : la démocratisation de l’électricité. Grand nombre des objets développés dans son catalogue sont aujourd’hui courants : le chauffe-eau, le lave-vaisselle et le fer a` friser en sont des exemples. Les travaux de Knap souffrirent des mêmes maux que la domotique. Les objets développés témoignent d’une avance technologique évidente, et bien que ces démonstrations étaient appréciées, il fallut attendre plusieurs dizaines d’années pour que le succès commercial escompté ait lieu [32].. 25.

(46) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. c. Bwired (Knuvers 2000): Un passionné de domotique Hollandais (Pieter Knuvers) a instrumenté son domicile et réalisé une interface Web complète permettant de superviser l’ense-mble des capteurs, actionneurs et données collectées. Il a mis cette interface en ligne, en laissant libre accès au grand public. La démarche de Knuvers est de démocratiser l’usage des nouvelles technologies a` l’habitat, démontrant ainsi qu’il est possible et accessible pour un particulier d’instrumenter sa maison pour obtenir un gain de service [24]. L’intérêt de cette installation réside dans le partage des données. En effet, en plus des données habituelles du bâtiment (température, humidité, états des lampes/volets. . . ), le concepteur a décidé de ” sur-instrumenter ”. L’image de la derni` ere personne ` a avoir sonn´ e` a la porte, avec l’horodatage associ´ e. . L’image de la derni` ere personne ` a avoir ins´ er´ e du courrier dans la boˆıte aux lettres, avec l’horodatage associ´ e.. Les statistiques journali` eres et cumul´ ees d’utilisation des toilettes. Le poids des diff´ erents membres du foyer. Les journaux t´ el´ ephoniques (appels re¸cus, manqu´ es, ´ emis). Le journal complet des diff´ erents ´ etats des capteurs.. Cette réalisation met en œuvre ce que l’on pourrait considérer comme l’état de l’art industriel de la domotique, même si de nombreux outils sont plutôt artisanaux (logiciel de supervision). Les questions juridiques et éthiques se posent au vu des informations publiées sur internet, comme par exemple l’heure de passage du facteur ainsi que la photo associée. Contacté, M. Knuvers a indiqué que ce site se voulait comme démonstratif, et qu’il voulait promouvoir un habitat écologique et accessible. Il n’a pas souhaité communiquer en ce qui concerne l’exposition de la vie privée. d. The TRON House (Tokyo, Japon): Cette maison ne représenta pas uniquement un démonstrateur technologique, mais également une démonstration d’intégration architecturale. Des travaux importants ont notamment été faits sur la structure et les matériaux afin d’optimiser les apports naturels (laf ig2.5 montre l’arrière de la maison, con¸cue pour maximiser les apports solaires), mais surtout le confort des habitants (qualité de finition, niveau d’équipement). Dans une logique culturelle, on retrouve ainsi les éléments principaux d’un foyer japonais [25].. 26.

(47) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Figure 2.5: The TRON Intelligent House Cette maison est l’un des tous premiers exemples ” modernes ” de maison intelligente, déployant un nombre très important d’applications nouvelles sur des technologies émergentes a` l’époque. Cependant, malgré le nombre d’applications important que l’on peut retrouver au sein de cette réalisation, il n’y a pas eu de travail ” d’intégration ” technologique, tous les éléments ” intelligents ” ont été con¸cus spécifiquement par le concepteur [25]. e. PAPI ou Toyota Dream House (Environs de Nagoya, Japon): La ” Toyota Dream House ” ou PAPI est la suite du projet ” TRON Intelligent House ” de Ken Sakamura. Ce nouveau projet, d’une superficie double (689m2 ) reprend les acquis précédents,en y ajoutant des nouvelles technologies comme la gestion des véhicules électriques dans le garage ainsi que les technologies d’interaction sans contact [26].. 27.

(48) Optimisation de l’énergie dans les bˆ atiments intelligentes. Chapter02.L’état de l’art. Figure 2.6: Vue extérieure de ” The Toyota Dream House ” La Toyota Dream House s’appuie également sur des concepts forts de l’intelligence ambiante, comme l’ubiquité et l’internet des choses. En ce qui concerne l’ubiquité, les interfaces utilisateurs sont contextuelles. L’occupant dispose ainsi sur un terminal d’une interface de gestion dont le contenu s’adapte en fonction de la localisation de l’utilisateur, favorisant ainsi le contrôle des objets a` proximité. Par ailleurs, beaucoup d’objets sont identifiés au moyen de technologie sans contact (RFID dans ce cas). C’est le cas des aliments conservés dans le réfrigérateur. Cette identification permet d’informer l’habitant sur les ” stocks ” et l’état de ceux-ci. L’auteur fait état d’une gestion des dates de péremption. Cette maison est toujours en activité d’après le site internet qui lui est consacré [27]. Les travaux de Ken Sakamura dans le domaine des maisons intelligentes se sont poursuivis avec la construction de la ” U-Home ”[28]. Ces travaux ont permis à l’auteur de définir les critères d’une maison intelligente. Il est regrettable que peu de publications aient été faites, les travaux réalisés étant de qualité : ceux-ci font en effet preuve d’avancées majeures dans le domaine technologique, dans le domaine de l’intégration et sur le plan de l’usage, avec notamment la prise en compte des coutumes architecturales locales.. 28.